基于GPRS技术的设备远程监控系统

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第30卷第6期 

2008年l2月 压电与声光 

PIEZOELECTECTRICS&ACOUSTOOPTICS Vo1.3O No.6 

Dec.2008 

文章编号:1004—2474(2008)06—0766—03 

基于GPRS技术的设备远程监控系统 

代小红 ,王光利。 

(1.重庆工商大学学报编辑部,重庆400067;2.重庆邮电大学生物信息学院,重庆400065) 摘要:阐述了一种基于GPRS/GSM网络的远程数据传输方案,以此方案实现了对无人职守设备实施的24 h 监控,并对其工作原理进行了探讨。分布于不同地理位置的监测终端借助于GPRS网接入Internet网络与控制中 心实现远程数据传输,既担负对监控设备对象的监测,又作为远程终端通过GPRS Modem与控制中心建立起用于 传输数据的TCP/IP连接,并通过此连接接收监控中心命令,或者发出设备检测信息数据。系统地分析了ARM7 

控制器信号采集接口与GPRS MODEM的连接设计,对监控终端工作原理及其控制模块作了分析。 关键词:GPRS;远程传输;监控终端;Internet;TCP/IP 中图分类号:TN 926 文献标识码:A 

Long-distance Monitoring System of Equipment Based on GPRS Technology 

DAl Xiao-hong .WANG Guang-li (1.Editorial Office,Journal of Chongqing Technology and Business University,Chongqing 400067,China; 2.School of Bioinformatics,Chongqing University of Posts and Communications,Chongqing 400065,China) ’Abstract:A long—distance data delivery plan via net based on GPRS/GSM was introduced,the unmanned con- trolling equipment was monitored all the day for 24 h by this plan and its working principle was discussed.Long—dis- tance data delivery between controlling center and Internet through GPRS is realized from the monitoring terminals of different geological positions.This system not only monitors the object of the equipment but also connects TCP/ IP of data delivery between long—distance terminal GPRS Modem and controlling centers,while the monitoring cen— ter order is received by this connection or sends information data of checking equipment,and the connection design between ARM7 controlling signal collection port and GPRS MODEM was systematically analyzed.Working princi— pie of monitoring terminals and its controlling module was analyzed in detail. Key words:GPRS;long—distance delivery;controlling terminal;Internet;TCP/IP 

气象、环境监测及机站等检测设备一般都是 

24 h连续运行,为保障设备运行可靠,有效获取监测 

信息并避免现场安全事故,常需安排人员职守。但 

很多设备地处偏僻环境,人员安排不便,有些环境甚 

至不适合人员职守.有些对政府监管如环保处理设 

备等,一些当事者基于经济因素逃避使用,这些情况 

下不可避免的都要考虑有效、实时和可靠的监控 ]。 

目前,对此类问题可靠的、现实的解决方案是将 

现场设备接人Internet上的服务器,在上层实现实 

时监控、管理。但对那些地理位置分布广泛,监测对 

象不集中的场合,组建通常的线路监测与数据传输 

系统在布线条件、成本和可靠性等方面均有较大的 缺陷[2]。无线通信GPRS或CDMA来实现数据传 

输,其具有“永远在线”、“自如切换”、“高速传输”、 

“免费漫游”等优点。近年来,无线网络GPRS和 

CDMA技术迅速发展,在信号覆盖面和信息传输质 

量上都能完全满足需要;结合Internet网络技术实 

现的远程控制在某些行业日益成熟,已成功地应用 

在远程抄表、夜灯照明、油田监测、自动测量、智能仪 表等不方便,甚至根本不可能人工操作的远程数据 

传输系统中。 因此,本系统选用GPRS和GSM混合工作模 式:在网络状况通畅的情况使用GPRS工作模式; 

反之可以切换到GSM工作模式。每个站点数据传 

输终端定时登陆GPRs,接人Internet上的主机服 

务器,把采集数据和站点状态下载到服务器硬盘上 

可随时监控站点的实时状态,报告实时现场状况,调 

用系统历史数据信息。应用GPRS无线网络还可 

自动更新程序,实现远程开、关机控制等功能。 

1 系统结构与设计 

1.1远程监控系统 

图1为本系统的拓扑结构。系统由监测终端、 GPRS/GSM无线网络和监控中心3部分组成。监 

测终端通过传感器检测各项指标,利用无线网络进 

行实时的数据传输,将采集信息发送给监控中心。 

同时,监控中心可向监测终端发送查询和控制命令, 

监测终端一旦收到命令后,将根据命令要求返回当 

前的状态信息给监控中心或实现相应的操作,如打 

收稿日期:2008—03—14 基金项目:重庆市教委科学技术研究基金资助项目 作者简介:代小红(1969一),男,重庆市人,副研究员,硕士,主要从事科技期刊编辑学、计算机网络和嵌入式系统的研究。

 第6期 代小红等:基于GPRS技术的设备远程监控系统 

开排风扇、关闭除湿机等Ⅲ。 

Intemet卜—__1GPRS/GSMI ̄络卜_—__1监控中心 

二一远程设备l…一l远程设备 l监控终端2I l监控终端 

远程采集终端组网示意图 

图2为基于ARM7微控制器的监控终端硬件 

组成原理框图。ARM7芯片选用PHILIPS公司的 

21xx系列,片内有512 KB的FLASH程序存储器 

和32 KB的静态RAM,2个UART端口,2个32 

位定时计数器和16个1O位A/D及PWM、D・/n、 

IIC、SPI等多种资源,性价比极高。 

图2监控终端硬件原理框 利用芯片上各种接口资源可实现各种方式的数 

据采集,既能对模拟信号进行处理,也能采样脉冲信 

号,还能发出各种控制信号对外围模块发出执行命 

令。在本系统中也可以根据需要扩展必要的人机交 

互界面。通过ARM7的R¥232规范接口,还可以 

连接到一标准GPRS/CDMA模块,通过移植TCP/ IP协议实现上网功能[4]。 

系统移植TCP/IP组成的数据传输通道如图3 

所示。由图可见,从GPRS/GSM无线模块发送/接 

收的数据通过ARM7的RS232接口进行;从串口 

接收的数据包括无线Modem的AT命令执行反馈 

信息和远程采集数据的TCP/IP包,经运行于 c/ 

OSII操作系统平台上的TCP/IP协议栈处理解析 

成为现场测量数据,传送给系统。同时,系统发出的 

AT命令及远程控制数据直接(对AT命令)或进行 TCP/IP包封装,经ARM7处理器的RS232接口传 

送到Modem,被Modem执行(对AT命令)或者发 

送,经无线网络、Internet到监控中心上位机[5]。 

图3 TCP/IP协议数据通道 1.3模块数据通讯实现 

GPRS模块实现监控中心主站与监控终端的通 讯,监控终端上电后,GPRS模块会根据预先设定在 其内部的IP地址或域名来主动访问网络代理服务 

器,通过代理服务器和监控中心建立TCP/IP链路。 监控中心主站本身维护接入的每个终端的IP地址 

和ID号,当主站要向某个监控终端提出数据请求 

时,它会根据IP地址和ID号来找到对应的终端,将 

命令下发到该终端,服务器下达指令分为数据交换 

指令和智能操作指令;终端响应后通过GRPS模块 

把数据发到网络代理服务器端口,再由端口映射转 

发到监控中心主站,即完成了一个应答式的通讯流 

程。 

2 软件设计 

2.1监控信息传输格式 

GPRS网络速度理论上有117 kbps,实际上远 

未达到;GPRS与Internet连接建立后,进人数据透 

明传输阶段[6]。本系统在完善的TCP/IP机制基础 

上设计用户应用层协议,实现对系统中各监控终端 

的控制与状态查询。可将控制命令转化为系统信 

令,接入Internet到GPRS网络,透明传输下载到目 

标数据传输终端,本系统的信令格式采用如图4所 

示的代码帧格式。 

同 字节 下载 帧 控 CRC 结 步 长度 目标 序 制 代码 数据 校验码 束 码 地址 号 字 码 

图4系统信令格式的代码帧格式图 

开始信令帧和结束信令帧代码数据段都是 

FFH,同步码设置为AAH,55H;字节长度(1 B)表 

示此数据帧包含代码数据的字节数,通常小于64; 

下载目标地址(5 B)设定为出厂ID号,赋予一个特 

定代码含义,只有校验ID号正确后数据传输终端才 

可能接收命令,是唯一标识,不可改变。从安全性出 

发,本系统中设置为出厂日期和编号的组合, 

070l160000表示2007年1月l6号出厂的第一个 

产品。帧序号(1 B)表明此次升级程序分成的传送 

帧数,在命令传送过程中,此域为OOH。控制字段 

(1 B)表示传送的是操作命令还是数据。结束码设 

置55H,AAH。数据传输终端上行和下行数据格式 

完全相同,上行响应数据除代码数据段不同外,其他 

字段都是下行控制数据的复制,实现数据流控制。 

2.2监控信息可靠性分析 

监控信息不免受到环境的干扰,如系统断电或 

网络通信阻塞、故障等意外事故,而导致信息传输失 

败。因此必须有一套可靠的软、硬件机制来保障正 

常工作,对系统的保障机制采取了以下措施。 

(1)掉电情况处理。现场环境的电网波动可能 

会相当大,且经常性停电,甚至影响到系统的正常工 

作。可采用蓄电池或者高能量手机电池供电,以提 

供稳定、可靠的工作电源;外加一充电电路,能在有 

电的时候直接给电路充电r7]。此外,软件上还做了 一 2